В составе оборудования:
Циркулярный круглопильный станок с диаметром пилы 250÷350 мм;
Строгально-рейсмусовый станок СР-4;
Универсальный четырёх операционный деревообрабатывающий станок;
Сверлильный станок, точильная машина и другое вспомогательное оборудование, не требующее аспирации.
Об аспирации брусующего, многопильного и горбыльного на странице лесопильного комплекса.
Аспирация круглопильного станка.
Опилки выбрасываются в подстольное пространство станка, которое имеет внешнее ограждение, разделено на зону поступления отходов и зону электропривода режущего инструмента. Расположение отверстия для аспирации выбрано с учётом направления потока опилок и пыли. Аспирационный патрубок врезан в одну из стенок ограждения со стороны наибольшего накопления древесных отходов. Длина патрубка 100 мм, внутренний диаметр 100 мм, площадь проходного сечения:
F=3,14∙d2/4=3,14∙0,12/4=0,00785 (м2).
Кромки патрубка заделаны заподлицо со стенкой ограждения и имеют небольшое закругление на входе в воздуховод. Наружный торец патрубка подключается к гибкому пластиковому или к жёсткому металлическому воздуховоду аспирационной системы. Входная скорость воздуха в точке всасывания принимается от 25 до 30 м/сек. При среднем значении скорости всасывания 28 м/сек расход воздуха для аспирации циркулярного станка рассчитывается с учётом площади сечения входного отверстия Fвх=0,00785 м2:
Q=Fвх∙vвх∙3600=0,00785∙28∙3600=791 (м3/час).
Минимальная скорость пневматического транспортирования древесной пыли и опилок в вертикальных воздухопроводах 13 м/сек, в горизонтальных 15 м/сек. Рекомендуемая надёжно транспортирующая скорость 17 м/сек. В таблице «Данных для расчёта круглых стальных воздуховодов» по этой скорости и расходу 791 м3/час принимаются ближайшие табличные: 795 м3/час при скорости 18 м/сек в трубе диаметром 125 мм. Уточнённая входная скорость:
vвх=Q/3600∙Fвх=795/3600∙0,00785=28,1 (м/сек).
Ограждение подстолья циркулярного круглопильного станка не герметично. Стенки ограждения имеют технологические отверстия (окна) для беспрепятственного поступления аспирационного воздуха в зону выброса и всасывания опилок. В данном случае сопротивлением кожуха машины можно пренебречь. В других случаях следует проверять наличие сопротивления по технической документации оборудования и учитывать его в расчёте общих потерь давления аспирационной установки.
На входе в аспирационный патрубок воздух преодолевает местное сопротивление, которое рассчитывается по формуле:
Нмс= ξмс∙Нд
Нд – скоростное давление на данном участке сети. Динамическое (скоростное) давление движущегося воздуха на входе в аспирацию:
Нд вх= ρ∙v2вх / 2=1,2∙28,12 / 2=474 (Па), где ρ=1,2 кг/м3 – плотность воздуха при нормальных условиях.
ξмс – коэффициенты местного сопротивления движению воздуха, для каждого вида сопротивлений значения определены экспериментально и сведены в справочные таблицы. Для входа воздуха в открытую трубу, заделанную заподлицо со стенкой корпуса или ограждения ξмс=0,5. При небольшом закруглении кромок входного патрубка сопротивление уменьшается. Для минимально возможного радиуса закругления r=0,05d от диаметра воздуховода ξмс=0,23.
Нмс вх=0,5∙474=273 (Па).
Аналогично будут выявлены и вычислены все остальные потери давления в различных местных сопротивлениях аспирационной сети.
Максимальное количество отходов при непрерывной работе циркулярного станка в течение одного часа получилось примерно 160 кг.
Аспирация строгально-рейсмусового станка.
Стружка выбрасывается в аспирационный патрубок, который имеет форму перехода с прямоугольного сечения на круглое. Размер входного прямоугольного сечения 420 х 85 мм. Диаметр выходного отверстия конфузора 150 мм, площадь сечения F=3,14∙d2/4=3,14∙0,152/4=0,0177 (м2).
По технической характеристике строгально-рейсмусового станка СР-4-1 производительность аспирации 1800 м3/час. Ближайшее табличное значение расхода воздуха Q=1809 м3/час. При такой производительности скорость воздуха во всасывающем отверстии стружкоприёмника составит:
vвх=Q/3600∙Fвх=1809/3600∙0,0177=28,4 (м/сек).
Полученное значение соответствует рекомендуемой скорости на этапе всасывания отходов деревообработки в аспирационную систему. В прямоугольном сечении отсасывающего патрубка скорость воздуха:
v=Q/3600Fпр=1809/3600∙0,085∙0,42=14,1 (м/сек).
Область пониженной скорости воздуха направленный поток стружки успешно проходит за счёт приобретённой энергии от быстровращающегося ножевого вала строгального станка. Входной патрубок установлен с большим вертикальным углом наклона, что исключает возможность отложения в нём стружек и пыли. Минимальная скорость транспортирования стружки 17 м/сек. Рекомендуемая надёжно транспортирующая скорость в воздухопроводах 21÷25 м/сек. Для данного диапазона скоростей площадь сечения воздуховода:
F=Q/3600∙v F=1809/3600∙(21÷25)=0,024÷0,02 (м2).
Диаметр воздуховода вычисляется из формулы площади F=3,14D2/4 и для этих площадей находится в пределах D=0,174÷0,160 м. Принимаются стандартные диаметры: 180 мм или 160 мм, окончательный выбор будет сделан в процессе расчёта потерь давления на участках аспирационной сети.
Выход отходов от строгально-фуговальных станков с шириной обработки пиломатериала до 400 мм определён в количестве 149, 5 кг/час.
Аспирация универсального четырёх операционного станка.
Все узлы деревообработки комбинированного станка оборудованы патрубками для подключения к аспирации. Кромки аспирационных патрубков заделаны заподлицо с ограждениями зон образования и отсоса отходов. Отходы – древесная пыль, опилки и мелкие стружки. Диаметры всех четырёх аспирационных патрубков 100 мм. Площадь входного сечения 0,00785 м2. При скорости всасывания 28 м/сек производительность аспирации каждого узла:
Q=3600∙F∙v Q=3600∙0,00785∙28=791,3 (м3/час).
Все отсасывающие патрубки станка гибкими рукавами можно подключить к аспирационному сборнику или к тройникам магистрального воздуховода. Аспирация всех узлов деревообработки будет происходить одновременно и постоянно. Тогда расход воздуха в начале сети составит 791,3∙4=3165 м3/час. Чтобы выдержать скорость транспортирования примерно 20 м/сек, потребуется воздуховод диаметром 250-280 мм. Если же операции деревообработки на данном станке выполняются поочерёдно, то сеть можно упростить, исключив из неё аспирационный сборник или тройники и уменьшив диаметр воздуховода. Патрубок работающего узла подключать к системе аспирации легкосъёмным рукавом на время выполнения операции.
Аспирационный воздух свободно проникает в зону образования и всасывания отходов, сопротивление движению воздуха в корпусе данной машины не существенно. Сопротивление на вход в воздухопровод будет рассчитано с учётом коэффициента местного сопротивления для открытой трубы, кромки которой заделаны заподлицо со стенкой ограждения, и имеют некоторое закругление. Количество образующихся отходов при выполнении различных операций не превышает 100 кг/час.
Общий расход воздуха на аспирацию цеха и воздухообмен.
Необходимый расход воздуха для аспирации всех станков:
Q=791+1809+791=3391 м3/час.
В течение рабочей смены деревообрабатывающие станки работают не постоянно, с перерывами на перемещение пиломатериалов в цех и внутри цеха, подготовку к обработке, упаковку готовой продукции, складирование и отгрузку. Использование деревообрабатывающих станков и, соответственно, аспирации можно считать близким к 50% в режиме рабочего времени. С учётом не постоянной работы вентиляционной установки фактический распределённый на протяжении всего рабочего дня расход обменного воздуха принимается с коэффициентом 0,5:
Qф=3391∙0,5=1688,5 (м3/час).
Объём цеха вместе с бытовыми и подсобными помещениями:
Vц=12∙6∙4,5=324 м3
Цех сообщается открытыми проёмами с другой мастерской и складским помещением, которые не имеют собственной системы вытяжной вентиляции или оборудования, подлежащего аспирации. Так как объёмы цеха и соседних помещений одинаковы, то общий объём всего производственного блока:
Vобщ=324∙3=972 м3.
Воздухообмен i= Qф/ Vобщ; i=1688,5/972=1,74 обмена в час. Воздухообмен близок к нормальному.
Подбор и расчёт пылеотделителя.
В тёплое время года относительно не высокий воздухообмен не окажет существенного влияния на внутренний климат в помещении. Аспирационная установка может проектироваться с выбросом отработанного воздуха наружу. Достаточно очищать воздух в простом одиночном циклоне, эффективность очистки которого находится в пределах 90÷95%. В холодный период года в целях экономии энергии на отопление рациональнее использовать установки с возможностью возврата тщательно очищенного воздуха в цех. В качестве пылеотделителей применять двухступенчатую очистку: циклон-разгрузитель для выделения крупных отходов и матерчатый фильтр любой конструкции для более тонкой очистки воздуха от пыли. Одноступенчатыми пылеотделителями могут служить фильтроциклоны – аппараты очистки воздуха, объединяющие в себе принципы действия и циклона, и фильтра. Высокую степень очистки обеспечивают многорукавные фильтры, совмещённые с ёмкостью для сбора отходов, оборудованные системой очистки материала рукавов от пыли и механизмом выгрузки отходов из бункера. Большая фильтрующая поверхность ткани обеспечивает высокую пропускную способность фильтра при относительно низком сопротивлении.
Производительность пылеотделителя определяется общим расходом воздуха на аспирацию деревообрабатывающих станков цеха и с учётом возможных подсосов в воздуховодах:
Qц=3391+5%=3560 (м3/час).
Сравнивая технические характеристики различных циклонов и фильтров, выбираем одиночный циклон Гипродревпрома типа Ц-675. Циклон типа Ц предназначен для отделения опилок, стружки и древесной пыли от аспирационного воздуха. Циклоны этого типа устанавливаются в сети после вентилятора, то есть на его нагнетательной стороне. Оптимальная входная скорость воздуха vвх=16÷20 м/сек, ориентировочное сопротивление Нц=830÷1300 Па. Диаметр выбранного циклона 675 мм, производительность 3200÷4500 м3/час. Эффективность улавливания опилок и стружки зависит от диаметра циклона, и находится в пределах 90,8÷97,5%, причём степень очистки возрастает с уменьшением его диаметра. Размеры входного отверстия а=325 мм, б=170 мм. Площадь входного сечения Fвх=а∙б=0,325∙0,17=0,0553 м2. Фактическая входная скорость воздуха:
vвх=Q/3600∙Fвх=3560/3600∙0,0553=17,9 (м/сек).
Входная скорость в циклон равна оптимальной. Сопротивление циклона определяется по формуле:
Нц= ξц∙ ρ∙v2вх / 2; где ξц – коэффициент сопротивления циклона, указывается в справочниках или производителем оборудования в технической характеристике. В данном случае можно самостоятельно вычислить из предыдущей формулы.
ξц=Нц∙2/ ρ∙v2вх; ρ=1,2 кг/м3 – плотность воздуха.
Сопоставляя значения оптимальной входной скорости vвх=16÷20 м/сек и соответствующие ей пределы сопротивления циклона Нц=830÷1300, коэффициент его сопротивления:
ξц= (830÷1300)∙2 / 1,2∙(16÷20)2 = 5,4.
Сопротивление выбранного циклона Ц-675 при входной скорости 17,9 м/сек:
Нц=5,4∙1,2∙17,92 / 2= 1038 (Па).
Расстановка вентилятора и циклона.
Рядом с деревообрабатывающим цехом расположен вместительный бункер для сбора и хранения отходов. Расстояние между опорами позволяет грузовому транспорту свободно заезжать под выпускную задвижку бункера. По мере накопления отходов опилки и стружки вывозятся с территории предприятия.
Над бункером или на его перекрытии размещаются вентилятор и циклон разгрузитель. При недостатке места на перекрытии, вентилятор устанавливается на отдельной площадке из металлоконструкций или на бетонном основании рядом с бункером.
Расположение вентилятора после циклона (по ходу воздуха) потребует тщательной герметизации бункера, смотрового люка, места выпуска отходов из циклона, выгрузного устройства из бункера. Установка между циклоном и бункером какого-либо герметизирующего устройства значительно снизит эксплуатационную надёжность системы.
При расположении вентилятора перед циклоном исключается необходимость полной герметичности бункера и разгрузочных устройств, упрощается схема воздуховодов аспирационной установки.
Во всех вариантах расположения вентилятора относительно циклона следует применять вентиляторы пылевого и пневмотранспортного назначения.
Последовательность расчёта на следующих страницах.
